Tecnología RAID

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Definicion y uso de la Tecnologia RAID

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  • 1. ASIGNATURA: MANTENIMIENTO DE HARDWARETEMA: TECNOLOGÍA RAIDPROFESOR: OSCAR GIOVANNI LAZO ÁLVAREZALUMNOS: RIGOBERTO ALEXANDER DIAZ GARCIA JOSE LUIS GUZMAN MARTÍNEZGRUPO: EEV10FECHA DE ENTREGA: SANTA TECLA, 28 DE NOVIEMBRE DE 2010
  • 2. Tecnología RAID (Redundant Array of Independent Disks) (Arreglo Redundante de Disco Independientes)Qué es RAID?Acrónimo de "RedundantArray of Independent Disks" (matriz redundante de discosindependientes), RAID es un método de combinación n de dos a más discos duros paraformar una única unidad lógica en la que se almacenan los datos de forma redundante. Parael sistema operativo aparenta ser un sólo disco duro lógico.La tecnología RAID (excepto en el nivel 0) protege los datos contra la caída de un discoduro. Si se produce un fallo, RAID mantiene el servidor activo y en funcionamiento hastaque se sustituye la unidad defectuosa.Todos los sistemas RAID suponen la pérdida de parte de la capacidad de almacenamientode los discos para almacenar los datos de paridad y conseguir la redundancia.La idea del RAID fue presentada primero por David A. Patterson, Garth Gibson y RandyH. Katz en la Universidad de California en Berkeley en 1998. RAID tiene el propósito dealmacenar la misma información en diferentes lugares y en múltiples discos duros ademásde mejorar el desempeño del subsistema de almacenamiento.La ventaja de RAID es proporcionar un mejor desempeño en la transferencia de datos y/otolerancia a fallas. El mejor desempeño se cumple al distribuir la carga de trabajo enparalelo entre múltiples discos duros físicos. La tolerancia a fallas se alcanza a través de laoperación de redundancia, dónde si una (o más) de las unidades fallas o tiene un sectordefectuoso, una copia espejo de los datos se puede encontrar en otra de las unidades.Un RAID aparece en el sistema operativo como un solo disco duro lógico. El controladorRAID controla como los datos se almacenan y se acceden a través de los arreglos físicos ylógicos. El controlador RAID ayuda a los usuarios a asegurar que el sistema operativo solove las unidades lógicas y los usuarios no necesitan preocuparse acerca de la administraciónde este complicado esquema.
  • 3. Para resultados óptimos de desempeño, seleccione discos duros idénticos para los arreglos,esto ayuda al desempeño y al funcionamiento del arreglo como un solo disco duro. Conceptos básicos relacionados a RAIDPara entender cómo funciona la tecnología RAID debemos entender los conceptos oprincipios sobre los que se basa. Dichos principios son:Mirroring: Consiste en copiar los datos en más de un dispositivo.Striping: es la división de la data en los múltiples discos duros.Corrección de errores: Es donde la data redundante es guardada para permitir la correcciónde errores y su posible reparaciónHot Swap o Intercambio en Caliente: Esta característica permite cambiar un discodefectuoso con el sistema en funcionamiento, evitando interrupciones de trabajo.Requiere:· Discos con conector específico. En SCSI, el conector es tipo SCA (Single ConnectorAttachmnet)· Módulo de discos con Backplane eléctronico que actúa como equilibrador de tensiónHot Spare o Repuesto en Caliente: Un disco de recambio instalado se asigna como HotSpare de forma que si algún disco del RAID cae, automáticamente sustituye al defectuosoy se reconstruye de nuevo el RAID evitando la degradación de funcionamiento.Es el “repuesto AUTOMÁTICO” o desasistido.La cosa interesante de RAID es que dependiendo de la configuración que se use (nivel),cambia las funciones y propósitos del arreglo entero.
  • 4. VE N TA JA S  Alta Disponibilidad: RAID aumenta el tiempo de funcionamiento y la disponibilidad de la red.  Tolerancia a fallos: RAID protege contra la pérdida de datos y proporciona recuperación de datos en tiempo real con acceso ininterrumpido en caso de que falle un disco.  Mejora del Rendimiento/ Velocidad: RAID permite a varias unidades trabajar en paralelo, lo que aumenta el rendimiento del sistema y ante el sistema principal funcionan como un único dispositivo.  Mayor Fiabilidad: Las soluciones RAID emplean dos técnicas para aumentar la fiabilidad: la redundancia de datos y la información de paridad Tipos de Tecnología RAIDPor Software  El RAID lo realiza una aplicación software al 100% · La gestión RAID la hace el procesador del sistema · Ralentización de otras aplicaciones instaladas · Productividad más baja del usuario · Costes más altos de gestión y reconfiguración · No ofrece protección para el sistema operativo · No soporta HotSwap de discos (cambio en caliente)Por Hardware  La gestión RAID la realiza una controladora hardware dedicada o Independencia de la plataforma o sistema operativo o Alto Rendimiento o Total integridad de datos y sistema operativo o Controlador RAID específico o Gestiona HotSwap y HotSpare
  • 5. RAID INTERNOLos componentes que integran el RAID están ubicados en el mismo chasis que alberga laplaca base del servidor:- Controladora RAID- Módulo de discos (backplane)- DiscosRAID EXTERNOLas operaciones RAID se llevan a cabo mediante un controlador situado en el subsistemade almacenamiento RAID externo, que se conecta al servidor mediante un adaptador de busde host SCSI o Fibre Channel LOS NIVELES RAIDRAID ofrece varias opciones, llamadas niveles RAID, cada una de las cuales proporcionaun equilibrio distinto entre tolerancia a fallos, rendimiento y coste, diseñadas para satisfacerlas diferentes necesidades de almacenamiento de los usuarios.La mayoría de los niveles RAID pueden satisfacer de manera efectiva sólo uno o dos deestos criterios. No hay un nivel de RAID mejor que otro; cada uno es apropiado paradeterminadas aplicaciones y entornos informáticos. De hecho, resulta frecuente el uso devarios niveles RAID para distintas aplicaciones del mismo servidor.Existen siete niveles diferentes de RAID (0 a 6) definidos y aprobados por el RAIDAdvisory Board (RAB)
  • 6. Nivel RAID 0El nivel 0 es el arreglo de discos másrápido que pueda tener, es un métodode mapeo de disco orientado aldesempeño. Los datos en este arreglo seescriben a través de una línea o dediferentes discos para una mejortransferencia. Esta técnica tiene una línea pero no redundancia de datos. Ofrece el mejordesempeño pero no es tolerante a fallas. Escribe y lee sectores de datos entre múltiplesunidades. Cuando un disco miembro del arreglo falla, afecta a todo el arreglo. Eldesempeño es mejor que un solo disco debido a que la carga de trabajo esta balanceadaentre los miembros del arreglo. Este arreglo es para sistemas de alto desempeño. Serecomienda usar unidades de disco idénticas para ayudar al desempeño así como laeficiencia del almacenamiento de datos. La capacidad del arreglo de discos es igual alnúmero de miembros multiplicado por el miembro de menor capacidad. Por ejemplo undisco de 40GB y uno de 60GB formaran una arreglo de 80GB (40GBx2). Esquema lógico RAID 0
  • 7. Nivel RAID 1Espejo (Mirror (RAID 1):El RAID de nivel 1 usa al menos dosdiscos duros duplicados y almacenaexactamente los mismos bloques deinformación entre ellos. Esta es elmétodo de tolerancia a fallas máslento debido a que la información sedebe replicar en los dos discos almismo tiempo. Sin embargo, es el método más simple para proporcionar alta confiabilidad.Si uno de los disco espejo sufre una falla mecánica o no responde, la unidad remanentecontinuará funcionando y proporcionando los datos correctos. Si una de la unidades tieneun error de sector físico, el disco espejo continuara la función.Debido a la redundancia, la capacidad del arreglo es la mitad de la capacidad de lasunidades de disco. Por ejemplo dos unidades de 40GB tienen una capacidad combinada de80GB pero tendrán una capacidad de 40GB de almacenamiento usable. Con discos dediferentes capacidades, puede existir un espacio de almacenamiento no usado en la unidadmás grande. RAID 1 incrementa el costo porque usa el doble de discos duros para construirel arreglo. Esquema lógico RAID 1
  • 8. Raid 0+1 ó Raid 10En Línea con Espejo (RAID 0 + RAID 1) Como lo sugiere el nombre, RAID 0+1 es combinado. Este RAID combina la mejor de ambos. Toma el arreglo en línea usando dos discos, y hace espejo con otro juego de disco para la tolerancia a fallas. Los datos se escriben en línea a través de varios discos, cada disco tiene un compañero con la misma información. Usted obtiene el beneficio de una mayor velocidad de acceso a datos como en RAID 0, pero con la tolerancia a fallas de RAID 1. Estaconfiguración proporciona una velocidad y confiabilidad óptimas. Se necesita el doble deunidades de disco como en RAID 0, la mitad para cada lado del espejo. Al menos serequieren 4 discos para implementar el RADI 0+1. Existen otras configuraciones RAIDademás de las aquí mencionadas, pero estos son los tipos más comúnmente usados en laindustria. Esquema lógico RAID 10
  • 9. RAID 2:"Acceso paralelo con discos especializados. Redundancia a travésdel código Hamming":El RAID nivel 2 adapta la técnica comúnmente usada para detectar y corregir errores enmemorias de estado sólido. En un RAID de nivel 2, el código ECC (Error Correction Code)se intercala a través de varios discos a nivel de bit. El método empleado es el Hamming.Puesto que el código Hamming se usa tanto para detección como para corrección de errores(Error Detection and Correction), RAID 2 no hace uso completo de las amplias capacidadesde detección de errores contenidas en los discos. Las propiedades del código Hammingtambién restringen las configuraciones posibles de matrices para RAID 2, particularmenteel cálculo de paridad de los discos. Por lo tanto, RAID 2 no ha sido apenas implementadoen productos comerciales, lo que también es debido a que requiere características especialesen los discos y no usa discos estándares.Debido a que es esencialmente una tecnología de acceso paralelo, RAID 2 está másindicado para aplicaciones que requieran una alta tasa de transferencia y menos convenientepara aquellas otras que requieran una alta tasa de demanda I/O.
  • 10. RAID 3:"Acceso síncrono con un disco dedicado a paridad":Dedica un único disco al almacenamiento de información de paridad. La información deECC (Error Checking and Correction) se usa para detectar errores. La recuperación dedatos se consigue calculando el O exclusivo (XOR) de la información registrada en losotros discos. La operación I/O accede a todos los discos al mismo tiempo, por lo cual elRAID 3 es mejor para sistemas de un sólo usuario con aplicaciones que contengan grandesregistros.RAID 3 ofrece altas tasas de transferencia, alta fiabilidad y alta disponibilidad, a un costeintrínsecamente inferior que un Mirroring (RAID 1). Sin embargo, su rendimiento detransacción es pobre porque todos los discos del conjunto operan al unísono.Se necesita un mínimo de tres unidades para implementar una solución RAID 3.
  • 11. RAID 4: "Acceso Independiente con un disco dedicado a paridad":Basa su tolerancia al fallo en la utilización de un disco dedicado a guardar la informaciónde paridad calculada a partir de los datos guardados en los otros discos. En caso de averíade cualquiera de las unidades de disco, la información se puede reconstruir en tiempo realmediante la realización de una operación lógica de O exclusivo. Debido a su organizacióninterna, este RAID es especialmente indicado para el almacenamiento de ficheros de grantamaño, lo cual lo hace ideal para aplicaciones gráficas donde se requiera, además,fiabilidad de los datos. Se necesita un mínimo de tres unidades para implementar unasolución RAID 4. La ventaja con el RAID 3 está en que se puede acceder a los discos deforma individual.
  • 12. RAID 5: "Acceso independiente con paridad distribuida":Este array ofrece tolerancia al fallo, pero además, optimiza la capacidad del sistemapermitiendo una utilización de hasta el 80% de la capacidad del conjunto de discos. Esto loconsigue mediante el cálculo de información de paridad y su almacenamiento alternativopor bloques en todos los discos del conjunto. La información del usuario se graba porbloques y de forma alternativa en todos ellos. De esta manera, si cualquiera de las unidadesde disco falla, se puede recuperar la información en tiempo real, sobre la marcha, medianteuna simple operación de lógica de O exclusivo, sin que el servidor deje de funcionar.Así pues, para evitar el problema de cuello de botella que plantea el RAID 4 con el disco decomprobación, el RAID 5 no asigna un disco específico a esta misión sino que asigna unbloque alternativo de cada disco a esta misión de escritura. Al distribuir la función decomprobación entre todos los discos, se disminuye el cuello de botella y con una cantidadsuficiente de discos puede llegar a eliminarse completamente, proporcionando unavelocidad equivalente a un RAID 0.RAID 5 es el nivel de RAID más eficaz y el de uso preferente para las aplicaciones deservidor básicas para la empresa. Comparado con otros niveles RAID con tolerancia afallos, RAID 5 ofrece la mejor relación rendimiento-coste en un entorno con variasunidades. Gracias a la combinación del fraccionamiento de datos y la paridad como métodopara recuperar los datos en caso de fallo, constituye una solución ideal para los entornos de
  • 13. servidores en los que gran parte del E/S es aleatoria, la protección y disponibilidad de losdatos es fundamental y el coste es un factor importante. Este nivel de array esespecialmente indicado para trabajar con sistemas operativos multiusuarios.Se necesita un mínimo de tres unidades para implementar una solución RAID 5.Los niveles 4 y 5 de RAID pueden utilizarse si se disponen de tres o más unidades de discoen la configuración, aunque su resultado óptimo de capacidad se obtiene con siete o másunidades. RAID 5 es la solución más económica por megabyte, que ofrece la mejor relaciónde precio, rendimiento y disponibilidad para la mayoría de los servidores.RAID 6:"Acceso independiente con doble paridad":Similar al RAID 5, pero incluye un segundo esquema de paridad distribuido por losdistintos discos y por tanto ofrece tolerancia extremadamente alta a los fallos y a las caídasde disco, ofreciendo dos niveles de redundancia. Hay pocos ejemplos comerciales en laactualidad, ya que su coste de implementación es mayor al de otros niveles RAID, ya quelas controladoras requeridas que soporten esta doble paridad son más complejas y caras quelas de otros niveles RAID. Así pues, comercialmente no se implementa.
  • 14. Niveles RAID anidadosPara mejorar en el desempeño del sistema o ganar en redundancia, los niveles básicos de unRAID pueden combinarse para crear niveles híbridos o anidados.Cuando se anidan niveles RAID, generalmente se anida un nivel que ofrezca redundanciacon un nivel 0 para mejorar en rendimiento. Con ´esta idea en mente, es preferible tener elnivel 0 en el tope y el arreglo redundante debajo de este. De esta manera se necesitararegenerar una menor cantidad de discos en caso de una falla. Los casos de uso máscomunes son los siguientes:RAID 0+1: Utiliza un mínimo de 4 discos, y esto se debe a que en esencia es un espejo deuna división de bloques de datos. Este nivel provee tolerancia a fallos si uno o más de losdiscos que fallan son del mismo conjunto del espejo. Si los discos que fallan son los queposeen los mismos datos a ambos lados del espejo, entonces los datos se pierden.RAID 1+0: Al igual que el nivel anidado expuesto anteriormente, este nivel tambiénrequiere de al menos 4 discos. Para visualizar de forma más clara esta configuración, sepodría decir que es un conjunto de discos que son copias idénticas, dentro de un conjuntode discos que se dividen los bloques de datos. En caso de una falla, este nivel se comportamejor que un RAID 0+1, porque todos los otros discos siguen funcionando. Incluso elarreglo puede soportar diversas fallas de disco, a menos que fallen todos los discos de unconjunto de espejos.RAID 5+0: Esta configuración se basa en una división de bloques de datos a través de unarreglo con paridad distribuida como lo es el RAID 5. Esta configuración soporta que falleuno de los discos de cualquiera de los arreglos RAID 5, pero si falla otro de los discos deese mismo conjunto, el sistema falla completamente.RAID 5+1: La diferencia principal de esta configuración con respecto a la anterior radicaen que en esta se hace una copia del RAID 5, pudiendo fallar una mayor cantidad de discospara que el conjunto total de discos falle por completo.